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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Bauteils in einem Formwerkzeug, bei dem in eine Formhälfte ein Einsatzteil eingesetzt wird, wobei das Einsatzteil mit einer Kavität einen Formhohlraum des Formwerkzeugs begrenzt, und dass eine Formmasse in den Formhohlraum gespritzt wird.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Formen eines Bauteils in ein Spritzgießwerkzeug mit Formhälften und einem in einer Formhälfte einsetzbaren Einsatzteil, wobei das Einsatzteil eine Kavität als formbildenden Bereich aufweist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
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Aus der
DE 10 2013 203 367 A1 ist ein Verfahren zum Formen eines Bauteils in einem Formwerkzeug bekannt, bei dem das Formwerkzeug zum einen aus zwei äußeren Formhälften und zum anderen aus zwei jeweils an den äußeren Formhälften durch Stifte fluchtend zueinander angeordneten inneren Formhälften besteht. Sowohl die inneren Formhälften als auch die äußeren Formhälften werden jeweils durch einen verlorenen Formkern hergestellt, der seinerseits mittels einer Druckvorrichtung hergestellt worden ist. Der durch Drucken hergestellte Formkern ist nicht Bestandteil des Spritzgießwerkzeugs. Die äußeren Formhälften dienen als Gehäuse, während die inneren Formhälften als Einsatzteile eine Kavität aufweisen zur Begrenzung eines Formhohlraums, in den eine Formmasse eingespritzt wird.
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Aus der
DE 103 22 060 B4 ist ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen in einem Formwerkzeug bekannt, bei dem das Formwerkzeug als eine Mehrfachform ausgebildet ist. In der Formhälfte des Formwerkzeugs eingebrachte Einsatzteile können durch Druckgießen oder Spritzgießen hergestellt sein. Insbesondere bei Vielfachformen kann der Herstellungsaufwand reduziert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Formen eines Bauteils in einem Formwerkzeug derart anzugeben, dass auf einfache Weise der Fertigungsaufwand, insbesondere der Fertigungszeitaufwand von als Prototypen ausgebildeten Bauteilen, verringert wird.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil durch einen generativen Aufbau aus einem verfestigbaren Material, das in einem Ausgangszustand in flüssiger oder fester Phase vorliegt, hergestellt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere eine schnelle Herstellung von Prototypbauteilen, die nur in kleiner Stückzahl hergestellt werden müssen. Ein durch generativen Aufbau aus einem verfestigbaren Material hergestelltes Einsatzteil weist eine für das Spritzgießen formbestimmende Kavität auf, mittels derer das Bauteil hergestellt wird. Das Einsatzteil dient als ein die Formgebung des Bauteils vorgebendes Segmentteil des Formwerkzeuges, während die Formhälften stets gleich ausgebildet sein können. Dadurch, dass das Einsatzteil relativ schnell mittels einer Druckvorrichtung erstellt werden kann, können mit gleichen Formhälften und unterschiedlichen Einsatzteilen unterschiedlich geformte Bauteile gespritzt werden. Diese Bauteile haben serientaugliche Eigenschaften, da sie aus dem gleichen Material bestehen, wie die Bauteile, die ausschließlich durch entsprechend geformte Formhälften ohne ein Einsatzteil gespritzt werden. Die so hergestellten Bauteile (Prototypbauteile) ermöglichen ein Testen desselben, bevor die Entscheidung zur Herstellung des spritzgegossenen Bauteils mittels eines Spritzgießwerkzeuges erfolgt, das kein erfindungsgemäßes Einsatzteil aufweist. Erst mit diesem Spritzgießwerkzeug ist die Herstellung von einer die für die der Massenfertigung erforderlichen Stückzahl der Bauteile möglich.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das verfestigbare Material sequentiell tröpfchenweise oder strangweise ausgetragen und Ebene für Ebene aufeinandergeschichtet, so dass das Einsatzteil insbesondere nach Aushärten fertiggestellt ist. Nachfolgend kann das Einsatzteil in die Kavität eines der Formhälften eingesetzt werden, so dass in einem nachfolgenden Spritzgießprozess das Bauteil geformt werden kann.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Einsatzteil durch Drucken derart hergestellt, dass es bündig in die Kavität eines der Formhälften eingesetzt ist. Vorteilhaft kann das Einsatzteil durch die Schwerkraft in der Kavität der vorzugsweise unteren Formhälfte positioniert sein, so dass ein schneller Wechsel des Einsatzteils gewährleistet ist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil durch eine Druckvorrichtung herstellbar ist, die eine Austrageinheit zum schichtweisen Austragen eines verfestigbaren Materials, die ein rechnergestütztes Konstruktionsprogramm zur Speicherung der Form des Einsatzteils, die eine Druckeinheit zum Beaufschlagen des verfestigbaren Materials mit Druck, die eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Druckeinheit und/oder der Austrageinheit aufweist, so dass in sequentieller Weise mehrere Schichten des verfestigbaren Materials zur Bildung des Einsatzteils aufgebaut wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft zur Herstellung von Prototypbauteilen bzw. Bauteilen geringer Losgröße geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zum einen ein Spritzgießwerkzeug und zum anderen eine Druckvorrichtung auf. Die Druckvorrichtung dient allein und ausschließlich zur Herstellung eines Einsatzteils, das als formgebendes Teil in einem Spritzgießwerkzeug integriert wird, damit mit unveränderten Formhälften schnell ein vorgegebenes Bauteil geformt werden kann. Das Einsatzteil dient quasi als ein Adapter des Spritzgießwerkzeugs zur Erstellung von unterschiedlich geformten Bauteilen, wobei die Formgebung des Bauteils von einer Kavität des Einsatzteils abhängt, vorzugsweise ausschließlich von der Kavität des Einsatzteils abhängt. Die Druckvorrichtung weist eine Steuereinheit auf, die auf Basis von mittels eines rechnergestützten Konstruktionsprogramms bereitgestellten Daten eine Austragungseinheit derart ansteuert, dass das Einsatzteil durch Aufeinanderschichten eines verfestigbaren Materials mit einer solchen Kavität erstellt wird, dass die Form des durch Spritzgießen herzustellenden Bauteils vorgegeben ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Austragungseinheit der Druckvorrichtung derart angesteuert, dass das Einsatzteil eine Bodenfläche und/oder Seitenfläche aufweist, die zu einer Kavität einer ersten Formhälfte des Formwerkzeug korrespondiert, so dass das Einsatzteil in der Kavität der ersten Formhälfte lagerichtig positioniert ist. Ferner weist das Einsatzteil eine Deckfläche, vorzugsweise eine ebene Deckfläche auf, zur Anlage an einer zweiten Formhälfte des Formwerkzeugs. Auf diese Weise ist das Einsatzteil lagerichtig innerhalb des Spritzgießwerkzeugs bzw. formschlüssig gehalten.
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Das Einsatzteil besteht aus einem solchen temperaturstabilen Material, dass eine Formstabilität gewährleistet ist, die ein Spritzen von mindestens einem Bauteil ermöglicht. Vorteilhaft lassen sich hierdurch schnell Prototypbauteile formen, die serientaugliche Eigenschaften aufweisen. Das Prototypbauteil weist die gleichen Eigenschaften auf wie ein Bauteil, dass mittels eines Spritzgießwerkzeugs hergestellt wird, das lediglich aus Formhälften mit einer für dasselbe Bauteil erforderlichen Kavitätskontur aufweist, wobei die Formhälften aus einem Metallmaterial, vorzugsweise aus einem hochwertigen Werkzeugstahl bestehen und wobei kein Einsatzteil aus einem Polymermaterial vorgesehen ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht das Einsatzteil aus einem Polymermaterial, insbesondere einem Harzmaterial oder einem Polyurethanmaterial oder einem Thermoplastmaterial oder aus einem weiteren temperaturstabilen Kunststoffmaterial, so dass durch Verwendung jeweils eines Einsatzteils mindestens fünf Bauteile geformt werden können, die die gleiche Formgebung aufweisen wie durch ausschließlich mittels der Formhälften spritzgegossenen Bauteilen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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2 eine schematische Darstellung einer Druckvorrichtung.
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Eine Vorrichtung zum Formen eines Bauteils 1 besteht im Wesentlichen aus einem Formwerkzeug, insbesondere Spritzgießformwerkzeug 2, einerseits und einer Druckvorrichtung 3 andererseits. Die Druckvorrichtung 3 dient zum Drucken von dreidimensionalen Bauteilen und kann ortsfern zu dem Spritzgießformwerkzeug 2 angeordnet sein.
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Das Spritzgießformwerkzeug 2 weist eine erste Formhälfte 4 und eine zweite Formhälfte 5 auf, die beispielsweise über einstückig mit der ersten Formhälfte 4 verbundene Stege 6 in linearer Verschieberichtung V in eine Schließ- oder Öffnungsstellung bringbar sind. In der Schließstellung liegt eine Grenzfläche 7 der ersten Formfläche 4 an einer Grenzfläche 8 der zweiten Formfläche 5 an. Die Grenzfläche 7 der ersten Formhälfte 4 und die Grenzfläche 8 der zweiten Formhälfte 5 sind eben ausgebildet. Die Grenzfläche 7 der ersten Formhälfte 4 begrenzt eine Kavität 9 der ersten Formhälfte 4, die vorzugsweise als eine untere Formhälfte ausgebildet ist. Die zweite Formhälfte 5 ist vorzugsweise als obere Formhälfte ausgebildet.
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Die zweite Formhälfte 5 weist einen Einlass 10 zum Einführen einer Formmasse auf, die zwischen den beiden Formhälften 4, 5 in einen Formhohlraum 11 zu dem Bauteil 1 spritzgegossen wird.
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Zur Formbildung des Bauteils 1 ist ein Einsatzteil 12 vorgesehen, das in die Kavität 9 der unteren Formhälfte 4 eingesetzt wird und formschlüssig in der unteren Formhälfte 4 gehalten ist. Das Einsatzteil 12 weist eine vorzugsweise bauchig ausgebildete Bodenfläche 13, eine Seitenfläche 15 und eine ebene Deckfläche 14 auf. Die Deckfläche 14 des Einsatzteils 12 schließt vorzugsweise bündig zu der Grenzfläche 7 der unteren Formhälfte 4 ab. Das Einsatzteil 12 weist selbst eine Kavität 16 auf, die zur Formbildung des Bauteils 1 dient. Beispielsweise kann das Einsatzteil zwei Kavitäten 16, 16' aufweisen, die über eine Rinne 17 miteinander verbunden sind. Die Rinne 17 begrenzt zusammen mit der ebenen Grenzfläche 8 der oberen Formhälfte 5 einen Angusskanal für die beiden Bauteile 1, indem sich ein Anguss 25 bildet.
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Das Einsatzteil 12 wird in der Druckvorrichtung 3 hergestellt, die üblicherweise zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen dient. Das Einsatzteil 12 wird somit durch generativen Aufbau aus einem verfestigbaren Material 24, das in einem Ausgangszustand in flüssiger oder fester Phase vorliegt, hergestellt. Wie aus 2 zu ersehen ist, besteht die Druckvorrichtung 3 im Wesentlichen aus einer Speichereinheit 18 zur Aufnahme des verfestigbaren Materials 24, einer Druckeinheit 19 zum Erzeugen eines vorgegebenen Druckes des verfestigbaren Materials 24, einer Austrageinheit 20 zum schichtweisen Austragen des verfestigbaren Materials 24 und einer Steuereinheit 21, die auf Basis eines rechnergesteuerten Konstruktionsprogramms (CAD) die Druckeinheit 19 und die Austrageinheit 20 ansteuert.
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Das verfestigbare Material 24 ist ein plastifizierbares Material aus Kunststoff, beispielsweise aus einem Harzmaterial. Es kann im Ausgangszustand in flüssiger oder fester Phase vorliegen. Beispielsweise kann es als ein pulverförmiges Material ausgebildet sein. Dieses verfestigbare Material 24 wird in der Speichereinheit 18 bevorratet und bei Bedarf der Druckeinheit 19 zugeführt. In dieser Druckeinheit 19 wird Druck auf das Material ausgeübt, so dass es dann von der Austrageinheit 20 tröpfchenweise oder strangweise ausgetragen werden kann. Die Austrageinheit 20 wird relativ zu einem Trägertisch 22 so senkrecht zu einer Abgaberichtung A verschoben bzw. verfahren, dass nach und nach eine Mehrzahl von Schichten 23 auf dem Trägertisch 22 erzeugt werden. Somit werden nach und nach, Ebene für Ebene, von dem Trägertisch 22 aus die Schichten 23 unter Ausbildung der Kontur der Bodenfläche 13, der Seitenfläche 15 und der Deckfläche 14 aufeinandergeschichtet. Die unterste Schicht 23' bildet zugleich die Bodenfläche 13. Durch Zufuhr von Wärme kann das verfestigbare Material 24 aushärten, so dass das Einsatzteil 12 fertiggestellt ist.
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Nachdem das Einsatzteil 12 in der Druckvorrichtung 3 fertiggestellt worden ist, wird es in die Kavität 9 der unteren Formhälfte 4 eingesetzt. Nachfolgend können die Formhälften 4, 5 relativ aufeinander zubewegt werden in eine Schlussstellung des Formwerkzeugs, bis die Grenzflächen 7, 8 derselben aneinander liegen. Nun kann das Einspritzen der Formmasse in den die Kavitäten 16, 16' des Einsatzteils 12 erfolgen. Nach Abkühlen der so geformten Bauteile 1 und nach Verbringen der Formhälften 4, 5 in den Öffnungszustand können die Bauteile 1 zusammen mit dem Einsatzteil 12 aus der unteren Formhälfte 4 entnommen werden. Abschließend werden die Bauteile 1 von dem Einsatzteil 12 entfernt. Das Einsatzteil 12 kann gegebenenfalls, wenn es unbeschädigt ist, wieder in die untere Formhälfte 5 eingesetzt werden für den nächsten Spritzgießvorgang.
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Das hergestellte Bauteil 1 dient vorzugsweise als Prototypbauteil, das zu Testzwecken verwendet wird. Das Einsatzteil 12 besteht aus einem solch formstabilen Material, das es zum einen mittels vorzugsweise herkömmlicher 3D-Druckvorrichtung 3 gedruckt und den Formhohlraum so begrenzt, dass das spritzgegossene Bauteil 1 die gleichen Formeigenschaften aufweist wie Bauteile, die ausschließlich durch entsprechend geformte Formhälften 4, 5 des Formwerkzeugs 2 geformt werden.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die zweite Formhälfte 5 auch eine Kavität aufweisen, so dass in Verbindung mit der Kavität 16, 16' des Einsatzteils 12 das Bauteil 1 spritzgegossen wird.
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Alternativ kann das Einsatzteil 12 auch eine andere Anzahl von Kavitäten aufweisen.
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Alternativ können auch mehrere Einsatzteile 12 vorgesehen sein, wenn das zu spritzgießende Bauteil eine komplizierte Form aufweisen soll.
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Das Einsatzteil 12 besteht vorzugsweise aus einem Polymermaterial, insbesondere einem Harzmaterial, einem Thermoplastmaterial bzw. einem Polyurethanmaterial.
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Das Bauteil 1 besteht vorzugsweise aus einem Thermoplastmaterial. Das Bauteil 1 besteht aus einem Material, das identisch ist zu dem Material eines Serienbauteils. Das Serienbauteil wird durch ein Spritzgießwerkzeug hergestellt, das ausschließlich Formhälften aus Metallmaterial bzw. gegebenenfalls zusätzliche Einsatzteile aus Metallmaterial aufweist. Dieses Spritzgießwerkzeug weist kein Einsatzteil 12 nach dem Erfindungsgegenstand aus einem Polymermaterial auf.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann ein Einsatzteil auch in einer Kavität der zweiten Formhälfte 5 angeordnet sein. Alternativ können beide Formhälften 4, 5 Kavitäten zum Einsetzen jeweiliger Einsatzteile aufweisen. Dies ist abhängig von der Konfiguration des spritzzugießenden Bauteils.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013203367 A1 [0003]
- DE 10322060 B4 [0004]
